基于節能的精確曝氣系統在大型污水處理廠的研究

陳露嵐++姚斌

摘 要：大多數使用活性污水處理技術的污水處理廠曝氣系統具有溶解氧濃度波動大，曝氣量冗余和單位曝氣能耗較高等問題。經過對紹興水處理三期曝氣池精確曝氣分配控制系統技術運行資料的分析，結果表明溶氧控制穩定，溶解氧控制可達到設定值（±0.5mg/L）范圍內的目的。在曝氣池溶解氧濃度穩定、保證生化系統穩定運行的情況下，節氣效果通常在25%～50%，從而降低了曝氣裝置的能耗，節省了曝氣單位的經營成本。

關鍵詞：精確曝氣 溶解氧 節能 自動控制

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0119-02

目前，活性污泥法因其成本較低、管理難度小、處理效率高的優勢，仍然是眾多污水處理廠的首要選擇[1]。其中，曝氣系統的供氧穩定程度決定了曝氣池的運行效率、出水水質情況和運行能耗。因此，溶解氧濃度是過程控制的重要控制參數[2]。在進水水質變化的過程中，通過曝氣閥門開度保持溶解氧的穩定，對生產的自動控制和降低曝氣單元的能耗具有重大的現實意義[3-6]。

本文以紹興水處理發展有限公司三期曝氣系統為對象，選擇使用基于氣態動態反饋控制原理的精確曝氣分配與控制系統，實現了溶解氧自動控制的穩定運行，并達到節能降耗的目的。

1 精確曝氣分配與控制系統的原理和控制策略

1.1 紹興水處理三期曝氣池溶解氧單元控制策略

系統以溶解氧信號為觸發信號，空氣流量信號為控制信號，當溶解氧處于設定值±0.5mg/L以內時，空氣流量計及時采集所控轄區供氣需求量，反饋至閥門控制器對閥門開度進行小范圍調整，控制溶解氧恒定；當溶解氧值超過或低于設定范圍時，就地控制器及時調整閥門開度，使溶解氧值回復到控制范圍內。單個曝氣控制單元示意如圖1所示。

1.2 曝氣量的控制策略

因為三期進水水量、水質不斷變化，生化過程對應其氣量需求亦實時改變，因此需對鼓風機的氣量供給進行相應的控制。紹興污水處理廠三期供氣系統采用5臺KA44SV-GL315型HV-TUBRO鼓風機，運行方式為4用1備，具體控制策略為由系統計算合適的鼓風機壓力設定值并將壓力設定信號提供給鼓風機管理系統（MCP），使得鼓風機處于恒定壓力狀態下運行，風管上的閥門處于給定開度，從而完成氣體總量的供給。氣量控制系統選配壓力設定優化控制器，壓力優化控制器動態的太極各就地控制模塊計算壓損信號，以風管上的靜壓值為對此信號，動態給定MCP優化的壓力設定信號，由MCP完成鼓風機壓力優化控制，如圖2所示。

2 精確曝氣分配與控制系統運行分析

2.1 溶解氧控制效果對比分析

為了驗證該系統對氣量分配控制效果評價的科學性，在進水水質水量實時變動情況下，曲線顯示1#曝氣池與2#曝氣池末廊道在同一時間段內溶解氧濃度的變化，1#曝氣池開啟精確曝氣系統，2#曝氣池關閉精確曝氣系統如圖3所示。紅色曲線為1#曝氣池，藍色曲線為2#曝氣池。

由圖3可以發現，在同一時間段，1#曝氣池內溶解氧控制效果較理想，溶解氧曲線波動較小，基本穩定在3.5mg/L的范圍內，上下波動基本處于±0.5mg/L范圍內。2#曝氣池末端廊道溶解氧曲線波動較大較不穩定，溶解氧值與設定值有較大差異，這種不穩定會造成風量消耗增大并對處理效果產生影響，無法保證系統工藝穩定運行。

2.2 節能效果對比分析

對比分析兩組曝氣池總管風量在同一時間段的變化曲線，1#曝氣池開啟精確曝氣系統，2#曝氣池關閉精確曝氣系統，1#曝氣池的精確曝氣分配與控制系統風量波動較小，供風量也處于較低水平，節氣效果明顯，節氣效果一般在25%～50%。

3 結語

根據4個多月初步調試數據的監測分析和統計結果顯示，紹興水處理三期曝氣池自使用精確曝氣分配與控制系統后，在穩定控制溶解氧濃度，滿足工藝運行要求的同時，節氣效果在25%～50%，降低了曝氣單元的能耗，節省曝氣單元運行費用，實現了節能的目的。

該系統在紹興污水廠三期曝氣池的成功調試和運行，論證了精確曝氣分配與控制系統對于采用鼓風曝氣的活性污泥法工藝具有良好的適用性和有效性，對于公司一期和二期曝氣池的智能控制具有一定的指導和借鑒意義。

參考文獻

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[2] 王小文.水污染控制工程[M].北京：煤炭工業出版社，2002.

[3] 王顯，呂慶興.曝氣池溶解氧濃度控制與節能[J].給水排水，1996，22（12）：22-24.

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